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RISC-V(发音为“risk-five”)是一个基于精简指令集(RISC) 准则的开源指令集架构(ISA)，简易解释为开源软件运动 绝对应的一种“开源硬件” 。该 名目2010年始于加州大学伯克利分校，但许多 奉献者是该大学以外的 自愿者和行业工作者 。与大多数指令集相比，RISC-V指令集 能够 自由地用于任何 目标，同意任何人设计、创造和销售RISC-V芯片和软件而 无须 领取给任何公司专利费 。 固然这不是第一个开源指令集，但它 存在重要 意思，因为其设计使其 实用于现代计算 设施 。设计者考量到了这些 用处中的性能与功率效率 。该指令集还 存在很多 支撑的软件，这解决了新指令集通常的弱点 。

本期的智能内参，我们推举西南证券的探究报告《布局RISC V，进军IoT》，从RISC V的技术特色、设计理念、历史沿革、优缺陷等多方面解析RISC V架构 。

一、什么是RISC V？

CPU(中央 解决器)，也被称为微 解决器，相当于电子产品的大脑 。在通讯领域当中， 几乎全部的重要信息都要由这个“大脑”所掌控，CPU芯片和操作系统是网信领域最 根底的核心技术 。 CPU重要有两大指令集：复杂指令集(Complex Intruction Set Computer，CISC)架构——x86，精简指令集(Reduced Intruction Set Computer，RISC)架构——ARM、MIPS和RISC-V  。而 RISC-V正是一种基于“精简指令集(RISC)” 准则的开源指令集架构 。

▲CPU主流架构

CPU的架构向来以来是x86与ARM的天下，而自2010年RISC-V诞生以后 ，隐约在CPU架构出现出三足鼎立的趋向：

X86：传统PC市场的主流， 善于 解决大数据，IP 主宰在英特尔和AMD手中  。

ARM：移动(手机)市场， 解决快数据为主，当前也 使用在便携笔记本中，IP大 部分 主宰在ARM公司 。

RISC-V：当需求同时兼顾数据传输速度与传输量时，这两类主流架构的胜任 威力有限 。RISC-V 体现出了较强的优势 。

▲CPU架构三足鼎立趋向

1981年，在David Patterson的 率领下，加州大学伯克利分校的一个探究团队起草了RISC-1，是今日RISC架构的 根底 。随后在1983年公布了RISC-II原型芯片，1984年和1988年公布了RISC-III和RISC-IV 。 RISC的设计理念也催生了一系列新架构，如MIPS、服务器的王者IBM PowerPC以及现在统治嵌入式市场的ARM 。2010年，加州大学伯克利分校的探究团队设计并推出了一套基于BSD 协定许可的免费开放的指令集架构RISC-V，其原型芯片也于2013年1月 顺利流片 。

▲RISC进展历程

RISC-V最大的 特点就在于“精简” 。 固然与ARM同属于精简指令集架构，但因RISC-V是近年来才推出，没有背负向后兼容的历史包袱，架构短小精悍 。相比于x86和ARM动不动几百数千页，RISC-V的 标准文档仅有145页，且“特权架构文档”的篇幅也仅为91页 。

RISC-V的优势 ：

1、模块化：RISC-V将不同的 部分以模块化的 模式组织在一同，并试图通过一套统一的架构来满足各种不同的 利用场景，这种模块化是x86与ARM架构所不具备的 。

2、指令数目少：受益于短小精悍的架构以及模块化的 特点，RISC-V架构的指令数目十分的简洁 。 根本的RISC-V指令数目仅有40多条，外加 其余的模块化 扩充指令也总共惟独几十条指令 。

3、RISC-V全面开源，且 存在全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE)，其开源的 特点同意任何消费者 自由 批改、 扩充，从而能满足量身定制的需求，大大减低指令集 批改的门槛 。

同类产品中，ARM需求 领取昂贵的IP费用才可 使用，甚至需 领取“预付款”才可看到细节 。

▲RISC-V的模块化指令集

▲各指令集架构的代码密度 比较

▲三类架构对照

2015年，RISC-V 基金会正式成立，吸引了包含英伟达、NXP、三星、Microsemi在内等企业的加入 。迄今为止，该基金会已吸引了 寰球28个国家327多家会员加入 。 RISC-V基金会负责 保护RSIC-V指令集 标准手册与架构文档，每年RISC-V基金会都会举办各种专题 探讨会和 寰球 运动 。

▲RISC-V基金会内部已有较为完善的生态圈

二、RISC-V优缺陷

因为x86 合适 解决大量数据，在传统PC与服务器领域处于霸主地位， 在手机带来的科技革命趋向下，需求 快捷 解决数据，ARM架构在手机 解决器IP领域一统江湖 。 在半导体的历史上，X86、ARM作为主流架构向来都占有着很大的市场 。随着物联网时代的 降临，而RISC-V作为新兴架构，以其精简的体量，兴许在 将来的IoT领域中能 获得绝对的优势 。

▲不同架构与数据、 利用 扩充 模式

RISC-V的 利用之一：IoT的“碎片化”需求， 因为IoT领域对AI芯片即要求高计算 威力，又需求低延迟， 所以，IoT芯片设计速度要快、成本要低、能量身定制 。同时嵌入式市场具备少量多样的特色，在各细分 利用场景并未 构成真正壁垒，架构的 取舍 各式各样 。 以上缘由成就了RISC-V绝佳的 打破口 。RISC-V的开源能减低成本，也能让消费者 自由 批改，可定制化，RISC-V生态与 麻利设计同源 。当前，国内外已有多家芯片企业投入大量资金研发RISC-V在IoT领域的 利用 。

▲ IoT领域 构造

将来的物联网大约会有300亿个 设施被链接起来，那么物联网安全并不是奢靡品，而是 必须品 。而RISC-V的开源 特点同意 宽泛的受众 审查其体系 构造，并在它们成为大 规模的安全事件之前纠正它们 。 RISC-V 能够通过提供“修复”核心而无需实际更改核心的机会来影响我们现有的网络犯罪 风行 。

RISC-V的 利用之二：手机市场  。 依据SiFive首席执行官Naveed Sherwani的预测，两年之后RISC-V就会进军手机市场，与高通、苹果、三星、联发科等ARM公司抢智能手机 解决器市场，同时有可能 要挟低功耗笔记本 解决器  。 当前ARM公司的营收数据略有下滑，2017与2018年，ARM的设计IP市占率分别下滑1.6%及1.5% 。 因而，ARM也作出了相应的改善策略 。2019年7月，Arm 推出新的授权模式“Flexible Access”：关于中低阶芯片的授权， 将来客户不再需求缴纳“预付款” 能力看到设计细节  。

RISC-V的 利用之三：服务器市场  。 固然当前RISC-V的高性能市场一片空白，但RISC-V 本身用来设计高性能芯片是没有问题的，学术界已经有基于RISC-V架构的511核 解决器(Celerity) 。只不过基于RISC-V的低门槛特色，进入的企业体量较为 玲珑，没有足够的资金做长 工夫布局与研发，高性能等需求较长研发 工夫的领域尚无人尝试 。

依据SiFive首席执行官Naveed Sherwani的预测，5年后RISC-V指令的 解决器就有可能进军服务器市场，AMD、英特尔这样的x86 解决器公司 兴许将要 担心 。

▲ 基于RISC-V架构的511核 解决器(Celerity)

RISC-V的 利用之四：存储市场  。 硬盘 本身并不需求像SSD那样 宏大的计算资源，然而因为新的磁记录技术，更复杂的 性能(例如，基于NAND Flash的

缓存，健康治理，QoS)，它们的 解决要求也在增进 加强等 。这对存储器中操纵芯片的计算 威力要求变高了 。

硬盘 本身并不需求像SSD那样 宏大的计算资源，然而因为新的磁记录技术，更复杂的 性能(例如，基于NAND Flash的缓存，健康治理，QoS)，它们的 解决要求也在增进 加强等 。这对存储器中操纵芯片的计算 威力要求变高了 。

固然数据 能够就近传输到附近的服务器汇总进行 解决，这需求更为 壮大的服务器，但服务器 本身对 解决快数据的效率不高， 因而硬盘不只存储数据，还需求 解决它 。

当前RISC-V被认为最 合适 利用在IoT市场 。因为IoT市场的状况更为灵便，是一个“碎片化”的市场，客户需求 绝对多样化，当前尚无任一架构统一市场，而RISC-V 存在低功耗、低成本、灵便可 扩充及安全牢靠的 特点 。

固然RICS-V 本身是开源免费的，然而消费者对RICS-V的架构进行 使用和 批改后 能够进行销售 。依据Tractica的预测，基于RISC-V的IP和软件工具的 寰球收入将在2025年添加到11亿美元，高于2018年的5200万美元 。

然而， RISC-V最大的缺陷是当前尚 缺乏生态系统  。 CPU 架构的影响力重要是依赖他 成长的一整套生态系统， 比方基于x86的Windows，基于ARM的Android 。RISC-V现在最缺的是生态系统，特殊是IoT碎片化的性质，没有一个统一的软件栈生态 。

RISC-V基金会其实对此并不做任何定义，生态系统的搭建交予 使用者来自行 施展 。并且生态系统并非一蹴而就，依据RISC-V基金会亚太区副秘书长郭雄飞所言，唯有RISC-V MCU大规模量产，开发者真正 顺手可得，相应的软件生态 能力大规模迸发 。

▲三大架构与生态系统

并且，在AI芯片赛道上，RISC-V有个最强的竞争者 MIPS  。 ARM、MIPS和RISC-V皆属于精简指令集(RISC)架构 。在智能手机时代，因为MIPS 取舍消费电子时，Arm 取舍了手机市场， 即便ARM与MIPS的诞生 工夫相差些许，但更晚浮现的Arm成为了智能手机时代的标签 。 MIPS和RISC-V两者的架构也相差不大 。 因而，在2018年12月MIPS 宣告开源之后，MIPS可能成为RISC-V在AI时代强有力的竞争者 。并且基于MIPS指令集的芯片已经有100亿颗的出货，这 象征着MIPS 解决器在机顶盒、录音笔、智能手表等市场已经十分成熟 。 将来，政策、生态、软件等方面的因素是两个指令集在AI时代 比赛的重要考量 。

▲MIPS架构与MIPS公司的进展历程

RISC-V是国内芯片自主可控一次弯道超车的机会  。当前全部的通用x86架构 解决器技术都 主宰在英特尔和AMD公司手中，ARM则也受到美国政策的 制约 。同时信息安全也是近几年来向来在强调的话题 。在政府、海关、金融、铁路、民航、医疗、军警等重要部门，保障其通讯安全尤为重要 。

但RISC-V的开源 特点，使得国内企业 能够 接续 使用 。同时因为其模块化的设计， 能够直接 利用模块， 使用门槛不高 。并且关于新时代IoT等趋向的驱动下，RISC-V对照其余架构存在较大的优势，国内企业提前布局，或可成为该行业巨头之一 。自2018年开始，在国内的半导体技术圈里，已经掀起了一场关于RISC—V的 探讨热点 。

9月20日上午，中国RISC-V产业联盟(China RISC-V Industry Consortium，CRVIC)成立大会在张江的上海集成电路行业协会会议室 顺利召开 。吸引芯原控股、芯来科技、上海赛昉科技、杭州中天微、北京君正、兆易创新、紫光展锐等多家单位加入，芯原控股有限公司 负责联盟首任理事长单位 。

设立联盟为搭建产业 交换平台，推进RISC-V 宽泛 利用；推进RISC-V 人才 造就， 构建高校 造就 方案；推进会员协同进展， 构建长效合作机制；承接RISC-V 寰球基金会 运动， 深刻国际合作 交换 。

智东西认为，RISC-V的五大特色，精简、安全、开源、下游市场和生态决定了RISC-V在物联网时代将会大放异彩，并且RISC-V指令集可能是最 合适中国国情的，它的方针与我国秉持的开放共享、互利共赢的进展理念 圆满贴合 。PC时代成就了x86，移动互联网时代ARM是绝对的主流，马上到来的IoT时代，哪种指令集架构会 顺利？不少人看好RISC-V 。RISC-V这个 寰球开放的架构没有 常识产权的 制约，对中国而言是一个很好的机会，随着RISC-V在中国越来越火爆，相信不远的 将来我们就能看到基于RISC-V的自主可控芯片的诞生 。